机理与技术研究
1.机理
(1)色变的原因
对于农产品中红色食物(包括辣椒红色素)变色主要表现为褪色和褐变。
农产品食品变色的原因由其内在机理所决定。有关红色食物变色的理论分析很多，集中表现为食品色素中的生物化学反应，而使之变色。
本文研究的红色，其色素主要为类胡萝卜色素和甲氧基盐酸硫胺色素。前者为脂溶性色素，广泛分布于植物、动物以及微生物界中，比较容易氧化。后者为水溶性色素，广泛分布于果蔬植物(包括辣椒)中，易受热、光、氧等影响而褪色。红色素无论是脂溶性还是水溶性，都很难使之稳定地保存下来，表现为褪色、变色或褐变，传统研究认为是这些色素物质不稳定，易产生氧化而导致色变。
现代科学研究表明：食品变色是因为其物体内部某些酶的作用，而加速其色素反应，使之产生氧化而失去原有色泽，特别是食品中的红色，对于辣椒红色素的变化，促进其色变的内在动力尚缺乏研究。
但统计表明，辣椒红色变主要是以褐变为主。其褐变也属于生物酶的作用，也就是酶促褐变。酶促褐变是因果蔬原料中的氧化酶产生生化反应所致。主要由多酚氧化酶(phlyphenol oxiase)催化内源性的酚类化合物生成褐色或黑色物质的化学过程。植物中的酚酶是寡聚体，每个亚基含有一个铜离子作为辅基，氧为受氢体，酚类为底物。在完整的植物组织中，酚酶与酚类底物是彼此分开的，特别是酚类物质在正常的植物组织中参与呼吸代谢作用，酚与醌处于氧化还原的动态平衡，褐变不会发生。植物细胞被破坏使正常的呼吸链被打断，氧气的加入使酚类底物在酚酶的作用下迅速氧化成邻醌，转而又快速地通过对羟基醌自动聚合作用形成褐色素或黑色素。因此一旦植物组织受到损伤，并且又存在着氧和铜，那么褐变就很易发生，这在浅色蔬菜中表现得尤为明显。因此抑制酶促褐变反应的方法是基于除去氧、铜、酶或酚类底物等，尤其是酶。
(2)保色机理
食品或植物中保色机理关键是使原有色素固化或保持稳定。运用保色机理可达到食物保色的目的。红色食物中的红色保护也就是利用其保色机理完成的。具体的保色机理有如下几方面。
①控制植物中原有色素在加工过程中的pH、O2、光照等条件发生变化减少色变；
②植物中的多酚物质因多酚氧化酶和氧气作用会发生褐变，需控制多酚物质。
③植物中的碳水化合物、氨基酸在加工的热处理过程中会发生非酶褐变；
④植物的某些无色成分受金属离子等因素的影响会引起变色。并非所有的色泽稳定技术都能达到保色目标要求。
在现有食品保色处理中，很多办法难以达到保色目的。便加入护色剂而进行保色，这就导致了苏丹红这类物质的加入。无论加入何种护色剂(食品添加剂)都将对人体无益。而最安全的方法和技术就是利用生物酶来抑制植物中的色素产生的生物反应，这也就是本研究的技术关键所在。具体就是在包装中加入生物酶制剂，而使之参与食物中(辣椒及其制品)的生物反应时保护色素的稳定。
2.技术与方法
本技术研究内容包括筛选生物酶制剂，选择包装材料与包装容器，酶制剂使用方法，确定试验样品，选择样品货架存放环境并加以观察。
(1)包装材料及容器的选取
考虑技术的应用及商品化问题，设计其产品进入市场的形式。选择两种包装，即袋装和瓶装，故选用复合包装袋和玻璃瓶。其包装袋材质为具有阻光和密封性好的塑基复合薄膜，规格为100×150mm。厚度为0.3mm，具有良好的封合性和透明效果(便于观察)。
(2)酶制剂的筛选
选择催化效果好、抗氧化能力强的生物酶制剂。而且不同品种的酶制剂在辣椒色素中起到的作用不一样，因为酶对底物具有严格的专一性，也就是说某一种生物酶对辣椒中色素物质具有专一的催化或抑制作用，况且使辣椒色素变化的成分物质也是多样性的。故针对多样性的变色物质就需要多种生物酶予以作用而克制。因此，我们试验时筛选出三种生物酶制剂，占比例50%的酶制剂为葡萄糖氧化酶。可把三种酶制剂的组合体称为组合酶制剂。这种组合酶制剂就是辣椒保色技术的关键。
组合酶制剂的配制：葡萄糖氧化酶加入酶A 和酶B，后两者均为白色粉状，而葡萄糖氧化酶为棕色液体。将三者均匀混合后再加入少量水溶性淀粉，制得所需的组合酶制剂(粉状略带橙色)备用。
(3)酶制剂使用方法
上述制得的组合酶制剂，可直接加入辣椒体内。也就是将其按比例加入生鲜辣椒酱或干制辣椒粉中，具体方法是：将辣椒酱(鲜制)和辣椒粉，置人不锈钢或玻璃容器中，按0.1%－0.5%的比例，加入酶制剂，搅拌均匀后，在真空状态下加热到40℃－50℃保持5－8 分钟方冷却，最后进行包装(装袋或装瓶)，得到成品辣酱或辣椒粉。
(4)试验样品的处理与观察
①样品试验：辣椒酱瓶装规格为300g／瓶，辣椒酱袋装规格为150g／袋，辣椒粉为袋装其规格为100g／袋，均用普通封口，不抽真空，也不加入特殊气体并保持辣椒酱生产工艺。
②模拟自然环境进行试验，分别承受最高温度为40℃和低温0℃货架贮藏。最低温度为0℃－10℃，承受时间为2000－2400 小时。最低温度承受时间为720 小时，这样的试验想法经过了1年的试验期，也是辣椒制品的保质时间。最高温度为30℃－40℃，承受时间为1500－2500 小时。
③变色观察
分别选择30℃－40℃和0℃－10℃作观察记录。主要是对其变色情况进行比较分析。以不加生物酶制剂的辣椒制品(酱和粉)作对比。同时以开始时辣椒制品(酱和粉)底色作对比，以开始时辣椒制品的色度作一个标本固定。然后将加与不加生物酶的辣椒制品色泽变化与标本色作对照。其变色主要在高温期。而0℃－10℃几乎没有大的色泽变化。
效果分析
对辣椒制品色素的生物保色试验，其效果十分明显。其效果分析表现在随时间和温度的变化而使辣椒制品色素有不同的变化。另外还有pH 值的变化和沉淀物的产生。
1.色泽变化
辣椒制品的色泽标本选取未存放时制品色度，计为100%(以此时底色制取色块)。以30 天辣酱色变分析。在0℃－10℃时，10 天的红色损失率为0.6%，20 天为1.3%，30 天为1.6%；而在30℃－40℃时，10 天的红色损失率为1%，20 天为2.1%，30 天为2.8%。
对于干制辣椒粉，在0℃－10℃时，30 天内红色损失率仅为0.5%左右；而在30℃－40℃则为10 天损失率0.8%，20 天1.2%，30 天1.8%。
最终通过测试存放1 年的辣酱红损失率为10%－15%，干制辣椒粉红色损失率为7%－9.5%，与未加入生物酶的样品对比，色泽相差十分明显。一般而言，购买者几乎认为保色后的辣椒制品是刚出厂产品。
2.pH 值变化
加入生物酶制剂保色的辣椒制品pH 值有所变化。主要是辣椒酱，未存放时的辣椒酱其pH值为6.3－6.9，而存放30 天后，pH 值为4.4－14.8，存放1 年时pH 值为3.5－3.8，变为酸辣酱了，这也正是传统酸辣酱的酸度值。
而对干制辣椒粉，存放30 天后使从原来的pH6.9 变为pH6.7，而存放一年时pH 值为6.0－6.3。从口感上难以感觉出来。
3.沉淀物
干制辣椒粉加入的生物看不出沉淀物。
在辣椒酱中，存放30 天之后便有少量白色沉淀物，类似于辣淑的籽粒白色，这是因为生物酶制剂不溶于酸性物质中的缘故。但生物酶对人体无害。在食用时，它随人体排泄物排出而不进入人体被吸收。
结论
1.本研究是一种全新的生物保色技术。由于生物酶是一种最安全的保色剂，故完全可取代苏丹红所具功能进行食品红色保护，从而达到保证食品的安全性。
2.本技术可广泛用于辣椒酱、干制辣椒粉、辣椒油、辣味方便食品、辣味腌菜、火锅料等食品的红色保护，具有很好的应用价值。
3.本技术的保色机理，是从生物工程角度进行，而不是从表面的护色或加入添加剂来保护其色泽。因此，本技术打破了传统的护色思维。
4.本技术已经三年多的研究，均以辣椒为保色研究对象，故本技术具有产业化应用条件，可解决现有食品红色素的保护。
5.本技术使用方便，操作简单。具有广阔的市场前景。
6.本技术的应用，不改变原有产品(如辣椒酱、腌制酱菜等)的原有工艺，可使传统红色食品得以保色，增加附加值。
